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《汕头大学》 2009年
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FRP-混凝土粘结界面研究的两个重要问题

杨奇飞  
【摘要】:从上世纪90年代起纤维复合材料(FRP)开始较广泛应用于钢筋混凝土结构加固。为支持这项新技术的快速发展,FRP加固结构的性能成为研究热点。其中,FRP-混凝土界面的粘结-滑移(δ-τ)本构关系和FRP加固梁混凝土的粘结界面剥离破坏是近年来研究的两个重点。 由于FRP-混凝土界面的粘结性能对FRP加固结构的力学性能和耐久性起关键作用,因此界面的δ-τ本构关系被视为FRP加固混凝土领域内的最重要、最基本的问题之一。尽管已围绕δ-τ本构关系开展了大量的研究工作,并采用了多种测试方法,但迄今尚无法实测出FRP-混凝土界面δ-τ本构关系的三关键控制参数之一:FRP-混凝土最大粘结滑移量(δ_u)。本文先总结现有δ-τ本构关系的研究方法和成果,指出普遍采用的“面内剪切试件”破坏过早是无法实测到δ_u的主要原因;并提出改进的“双拉试件”的概念。进而基于有限元方法,对既有面内剪切试件和“双拉概念试件”进行应力分析对比,结果表明双拉概念试件可承受很大的荷载而不会发生破坏,更适合测量δ-τ本构关系。在此基础上,参考双拉概念试件,制作了“探索性双拉试件”;再经过两次实验-改进过程,设计定型了可实测δ_u的“实用双拉试件”。本文还探讨了既有实测δ-τ本构关系方法的特点,进而提出一种更简单且较准确的用电子引伸计测量FRP-混凝土相对滑移量δ的方法。再制作了22组“双拉试件“,并采用“电子引伸计”和“电阻应变片”相互验证、测试δu的方法,实测出δ_u为0.4mm左右(在本文实验条件下)。 跨中FRP-混凝土界面剥离破坏是FRP加固混凝土梁常见的破坏模式之一,导致梁的承载力和延性显著降低,引起人们的高度关注。研究者已提出几种理论与数值方法计算FRP-混凝土粘结界面剪应力的方法,其中有限元方法被认为最接近实际,但由于既有有限元分析均以整梁为研究对象,有模拟梁上所有裂缝等诸多困难,因而计算误差也较大;也不能对剥离影响因素做细致分析。为此本文提出避开以整梁为研究对象的困难,建立一个简单的“梁段”有限元计算模型,并用圣维南原理和数值分析证实其合理性和可靠性。再用此模型计算讨论了多种参数影响下的FRP-混凝土界面剪应力分布特征。基于计算结果,本文指出FRP-混凝土界面剪应力最大值τ_u不适合作为剥离破坏准则,并建议考虑将δ_u作为FRP-混凝土界面的剥离破坏准则。为检验本文提出的“梁段”模型,分别用碳纤维、玻璃纤维和混杂纤维制作了12根FRP加固梁,进行加载实验,结果显示“梁段”有限元分析模型的计算结果与实测基本相符。注意到对整梁进行剥离试验费时费力,且无法进行细致的影响因素分析,本文还借鉴前述“梁段”分析模型和δ-τ本构关系“双拉试件”的研究经验,提出了简单的基于梁跨中“梁段”的剥离破坏实验思路,通过3次实验-改进研究,制作出了基本可行的既接近FRP加固梁跨中受力状态、又制作简单的“梁段”小试件,有望实现跨中剥离破坏影响因素的细致实验分析。 最后,结合研究现状和研究过程中遇到的问题,提出了今后的研究设想。
【学位授予单位】:汕头大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TU375

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